初始化项目:规划文档 + FFU 洁净室流场实时仿真 Demo

- 规划文档 01-07:愿景 / 架构 / 路线图 / 数据与AI / 风险 / 参考 / FFU Demo
- 演示图:系统架构、数据流水线、里程碑路线图(SVG + PNG)
- FFU Demo:D2Q9 LBM 高保真(360x270, 76s)+ 粗网格快速代理(120x90, 7.3s, 16-27x 加速)
- 趋势验证:速度 r=0.95 / 粒子 r=0.83 / 温度 r=0.68
- 工具链:仿真脚本、快速代理、图表生成器、SVG->PNG 转换
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# 03 · 路线图与里程碑
![路线图](assets/roadmap.png)
**总周期:12 个月(7 个里程碑)**,采用"先窄后宽"策略:先在 2D 圆柱绕流这个经典基准上打通全链路,再横向扩展到 3D 与复杂几何。
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## M0 · 立项与调研(第 1 个月)
**目标**:统一技术共识,完成可行性论证,锁定技术栈。
**任务**
- 调研神经算子家族(FNO / DeepONet / PINN / MeshGraphNet)在流体问题上的公开结果;
- 调研 PyFluent 自动化能力与许可要求;
- 确定首个基准问题:2D 圆柱绕流(Re ∈ [50, 300],含卡门涡街);
- 确定数据格式、存储与版本管理方案。
**交付物**
- [x] 本仓库规划文档(01-06 号文档)
- [ ] 技术选型评审纪要
- [ ] 基准问题定义书(几何、边界条件、网格、工况表)
**验收**:评审通过,环境就绪(Fluent + PyFluent + PyTorch + GPU)。
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## M1 · 数据工厂(第 2-3 个月)
**目标**:建成无人值守的 Fluent 批量仿真流水线。
**任务**
- PyFluent 脚本化:参数注入 → 网格生成 → 求解 → 场量导出;
- 参数空间设计:拉丁超立方采样 Re / 攻角 / 障碍物尺寸;
- 稳态 + 瞬态两类数据集:稳态用于场回归,瞬态用于时间推进;
- 数据质检:收敛性检查、网格无关性验证、异常工况剔除。
**交付物**
- 批量仿真调度器(支持断点续跑、失败重试、日志追踪)
- 2D 圆柱绕流数据集 v0.1:≥ 500 工况(稳态)+ 20 组瞬态序列
- 数据质检报告
**验收**:单工况端到端自动化成功率 > 95%;数据集通过网格无关性检查。
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## M2 · 基线模型(第 4-6 个月)
**目标**:FNO 基线在 2D 基准上达到可用精度。
**任务**
- 数据工程:网格统一化、无量纲化、场归一化、训练/验证/测试划分;
- FNO 实现与调参(模态数、层数、宽度、教师强制 vs 自回归);
- 物理约束项:连续性方程残差、动量方程残差加入损失;
- 评估体系:相对 L2、涡量谱、长时推演稳定性、泛化测试。
**交付物**
- 训练与评估代码(Hydra 配置 + MLflow 追踪)
- FNO 基线模型(2D 稳态 + 瞬态两个版本)
- 评估报告:精度 / 稳定性 / 泛化
**验收(Go/No-Go)**
- 稳态:相对 L2 误差 < 5%
- 瞬态:自回归 1000 步不发散
- 单步推理 < 5 ms(256² 网格,FP16)
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## M3 · 主动学习与数据飞轮(第 6-7 个月)
**目标**:用最少的 Fluent 算力换取最大的精度提升。
**任务**
- 深度集成(Deep Ensemble)不确定性估计;
- 不确定性驱动的采样策略(OOD 工况优先回灌仿真);
- 数据飞轮:训练 → 评估 → 采样 → 仿真 → 再训练 自动化。
**交付物**
- 主动学习调度器
- 数据飞轮 v1(一轮迭代周期 < 7 天)
- 数据效率对比报告(相同精度下数据量减少比例)
**验收**:达到同等精度所需仿真工况数减少 ≥ 40%。
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## M4 · 3D 与复杂几何(第 7-9 个月)
**目标**:把能力扩展到工业级 3D 问题。
**任务**
- 3D 数据集:翼型族(NACA 系列)+ 简化车体(Ahmed body);
- MeshGraphNet 路线:非结构网格上的图神经网络建模;
- 混合策略:规则网格用 FNO,复杂几何用 GNN,统一评估口径;
- 分布式训练:多卡 FSDP,梯度检查点。
**交付物**
- 3D 代理模型(翼型 + 简化车体)
- 训练基础设施(多卡、可复现)
- 3D 评估报告(含气动力系数对比)
**验收**
- 速度场相对 L2 < 8%,升阻力系数误差 < 5%
- 3D 单步推理 < 50 ms(中等网格,TensorRT FP16)
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## M5 · 实时推理系统(第 9-10 个月)
**目标**:把模型变成可服务化的毫秒级引擎。
**任务**
- ONNX 导出 → TensorRT 优化(FP16/INT8)→ CUDA Graphs;
- 散度修正与守恒校正后处理(投影法/质量修正);
- 推理服务:gRPC + WebSocket,多并发流式推送;
- 性能工程:批处理、内存池、零拷贝传输。
**交付物**
- 推理引擎与容器镜像
- 性能基准报告(延迟分布 P50/P99、吞吐、显存占用)
- 服务 API 文档
**验收**:3D 场景端到端延迟(请求 → 首帧流场)< 100 ms。
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## M6 · 可视化与数字孪生原型(第 10-12 个月)
**目标**:完成可交互演示系统与数字孪生闭环。
**任务**
- WebGPU 前端:体渲染 / 流线 / 矢量场 / 剖切面;
- 参数实时拖拽 → 流场更新(含插值过渡与防抖);
- 数字孪生模式:稀疏传感器数据同化(集合卡尔曼 / 在线微调);
- 对标验证:≥ 3 个工业场景与 Fluent 真值对比。
**交付物**
- 实时可视化 Demo(浏览器可访问)
- 数字孪生原型(观测 → 重建 → 预测)
- 最终验证报告 + 演示视频
**验收**
- 交互延迟 < 100 ms
- 数字孪生重建误差 < 10%(稀疏观测场景)
- 对标场景全部通过误差门禁
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## 工作流并行视图
| 工作流 | M0 | M1 | M2 | M3 | M4 | M5 | M6 |
| --- | :-: | :-: | :-: | :-: | :-: | :-: | :-: |
| 数据 | ● | ● | ● | ● | ● | | |
| 模型 | ● | | ● | ● | ● | ● | ● |
| 系统 | | ● | ● | ● | ● | ● | ● |
| 验证 | ● | ● | ● | ● | ● | ● | ● |
## 风险缓冲
- 每个里程碑预留 20% 时间缓冲;
- M2 为关键技术门禁:若 FNO 精度不达标,转向 DeepONet/MeshGraphNet 双路线并行的决策点;
- M4 若 3D 精度不达标,退守"2D + 切片 3D"策略保证 M5/M6 交付。